辐射类EMC测试主要包含辐射骚扰发射RE、射频电磁场辐射抗扰度RS,天线在两类测试中角色完全相反:发射测试作为接收装置,采集被测设备向外辐射的电磁波;抗扰度测试作为发射装置,向空间辐射标准强度射频电磁场,照射被测设备。天线本质属于射频信号‑电磁波双向转换器,实现射频电信号与空间电磁波之间的能量互换。

天线遵循电磁感应与电磁波辐射理论。做辐射骚扰测试时,电子产品内部开关电源、高速时钟电路向外辐射电磁波,电磁波传播到天线表面,在天线导体上感应出射频电压,同轴电缆将感应的射频信号传输至EMI接收机,接收机读取干扰幅值。做辐射抗扰度测试时,信号源输出射频电信号输入天线,天线将电信号转换为空间电磁场,对被测设备施加电磁干扰。
天线不能做到全频段无差别接收/发射,每一种天线都存在工作频率区间,超出频段增益急剧下降。天线增益是核心指标,代表天线对比基准偶极子天线接收或者放大信号能力;天线因子AF,是EMC测试的关键参数,接收机读数需要叠加天线因子、线缆损耗,换算得到空间场强,公式:场强E(dBμV/m)=接收机读数(dBμV)+天线因子AF(dB/m)+线缆损耗(dB),天线因子会随频率变化,测试软件会调用天线校准数据自动完成补偿,若未导入校准文件,测试结果会出现巨大误差。
天线测试有极化要求,分为水平极化、垂直极化,EMC标准要求两种极化全部测试;同时需要控制天线与EUT距离,常见3m、10m半电波暗室,天线高度按照标准扫描调节。天线必须定期计量校准,获取天线因子数据,未经校准的天线测试数据不具备法律效力。
很多人认为天线只是一根接收器,忽略线缆损耗、驻波影响。高频下同轴电缆本身存在射频损耗,长电缆会造成信号衰减;天线摆放靠近金属物体,金属反射电磁波,改变天线因子,造成数据失真,暗室内天线周边禁止堆放金属工装。
LISN全称Line Impedance Stabilization Network,线路阻抗稳定网络,也叫人工电源网络,是电源端口传导骚扰CE测试必不可少的辅助设备,标准传导骚扰测试频率为150kHz‑30MHz,专门采集被测设备电源线上向外泄露的传导电磁干扰。

电网侧电源本身混杂大量外界干扰噪声,如果直接把被测设备接市电,电网噪声会混入测试结果,无法区分干扰来自电网还是被测产品。LISN有两大核心功能:第一,隔离功能,内置LC滤波电路,阻挡电网来的噪声进入被测设备,隔离电网干扰;第二,阻抗模拟,向被测设备电源端口提供标准的规定阻抗(50Ω/5μH,不同标准有差异),模拟真实电网线路阻抗。现实中市电电网阻抗是随机变化的,早上、晚上、不同插座阻抗完全不一样,如果没有LISN,同一台产品换个插座测,传导骚扰数据差异巨大,无法复现。
LISN内部结构:一边接市电供电,一边接被测设备EUT电源输入端,射频输出端口接EMI接收机。被测设备产生的传导干扰,沿着电源线传到LISN,干扰噪声在LISN标准阻抗上产生射频电压,射频端口输出噪声信号给接收机读取。LISN分离相线、零线、地线,分别可以采集L线、N线的传导骚扰噪声。
简单理解:LISN相当于一道隔离闸门,挡住电网外面的噪声,给被测设备一个标准化的电源接口,把设备跑出来的干扰干净地送给接收机。
耦合夹,容性耦合夹,ISO 11452‑2、GB/T 17626系列标准广泛使用,不需要剥开线缆绝缘层,夹在完整线缆外部,依靠电容耦合实现干扰信号注入或者噪声拾取。主要用于信号线缆、直流低压线束,分为骚扰采集和抗扰度干扰注入两种用途。

耦合夹由一对半圆柱金属腔体组成,线缆直接穿过夹体,线缆绝缘外皮和金属夹之间形成分布电容。做传导骚扰采集时:线缆内部芯线上的电磁干扰,通过分布电容耦合到耦合夹金属壳体,再输出到接收机,采集线缆上的共模干扰噪声;做抗扰度测试(射频传导抗扰CS)时:信号源输出射频干扰电压加到耦合夹,通过分布电容,把共模干扰耦合到被测设备线缆上,对设备施加干扰。
核心特点:非接触,不用破线,线束可以是多芯电缆、排线、网线,整束线缆直接夹入,操作便捷。耦合夹主要耦合共模干扰,对差模干扰耦合效率很低,EMC绝大多数线缆端口问题根源就是共模干扰,因此耦合夹在线束EMC摸底中使用极多。
注意:耦合夹有工作频率上限,低频耦合电容小,耦合效率低;频率越高耦合效果越好。
一台电子产品完整EMI发射测试分为传导骚扰、辐射骚扰。电源端口传导骚扰:EUT‑LISN‑EMI接收机;信号线缆没有LISN接口,研发阶段摸底可以采用耦合夹抓取线缆共模干扰,预判线缆辐射风险;辐射骚扰测试,整机空间辐射电磁波,由天线接收送入接收机。
EMS抗扰度测试:辐射抗扰RS,信号源‑功率放大器‑天线,向空间发射电磁场照射整机;传导射频抗扰CS,信号源‑功放‑耦合夹,向设备各类信号线缆注入共模射频干扰。
三者分工清晰:LISN管电源线上的传导干扰;耦合夹管信号线束上的共模干扰;天线管空间传播的电磁波干扰。在实验室正式检测时,LISN、天线属于法定标准设备,必须计量,测试报告采用其数据;耦合夹更多用于研发阶段摸底、问题定位,一般不作为出具CNAS报告的标准采集设备。很多产品整改的时候,电源端口超标优先看LISN测试数据;线束辐射超标,用耦合夹夹住不同线缆,快速定位是哪一根线束产生干扰,辅助判断需要增加磁环、屏蔽层。
天线、LISN、耦合夹是EMC测试体系里面三类最基础的辅助设备,分别对应空间辐射、电源端口传导、线束线缆耦合三大干扰路径。天线实现电磁波与射频电信号转换,LISN解决电网阻抗不稳定与电网噪声干扰,耦合夹实现不破线的线束共模干扰注入与采集。理解三者的原理、适用边界,区分正式标准测试和研发摸底,是EMC工程师开展摸底测试、故障定位、产品整改的基础。很多EMC测试异常,并不是被测产品本身问题,而是辅助设备选型、接线、接地、校准不到位导致。掌握三类设备的特性,能够规避大量测试陷阱,提高EMC整改效率。